CN111306955A - 基于抽真空管道温湿度的直接空冷系统的控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明开了一种基于抽真空管道温湿度的直接空冷系统的控制系统及方法，包括控制器和与控制器连接的监测装置，所述的监测装置包括温度监测装置和湿度监测装置；温度监测装置和湿度监测装置，安装在直接空冷系统每列散热器的抽气口处的抽真空管道内；控制器与温度监测装置和湿度监测装置连接，控制器根据温度监测装置检测的温度值和湿度监测装置监测的湿度值，改变直接空冷DCS系统风机转速的自动控制逻辑和直接空冷DCS系统抽真空过冷防冻保护控制逻辑。

Description

基于抽真空管道温湿度的直接空冷系统的控制系统及方法

技术领域

本发明公开了一种基于抽真空管道温湿度的直接空冷系统的控制系统及方法。

背景技术

排汽压力是影响汽轮机效率和出力的重要参数，微小的变化会影响汽轮机组的出力和效率，排汽压力降低可以使蒸汽在汽轮机组内实现更大的焓降，提高蒸汽的做功能力。

凝汽器是汽轮机排汽的冷却设备，作用是降低汽轮机排汽压力，凝汽器的冷却能力和性能决定汽轮机排汽压力的高低。

直接空冷系统是一种目前常用的火电厂汽轮机组排汽凝汽器设备。

直接空冷系统是通过排汽管道将火力发电机组汽轮机的排汽排至室外布置的空冷凝汽器内，轴流冷却风机使空气流过凝汽器的外表面，将凝汽器内蒸汽冷却成水，凝结水再经凝结水泵送回汽轮机的冷却系统。汽轮机排汽在散热器内部流动，与散热器外部的冷却空气进行表面式换热。

抽真空系统是直接空冷系统的重要组成部分，它的作用是建立和维持汽轮机组的低背压(排气压力)和凝汽器的真空，保证火力发电机组启动和运行时汽轮机排汽顺利排入空冷凝汽器内。在机组启动时抽真空系统将直接空冷系统内管路和凝汽器中积集的空气抽掉，建立真空；在机组正常运行时及时抽掉直接空冷系统内空气和其他不凝结气体，维持空冷凝汽器真空，减少管道和空冷凝汽器内部腐蚀，降低空冷凝汽器内不凝气体体积，降低机组运行背压，机组运行背压越低经济性越高。

空冷系统的主要监测参数包括汽轮机排汽压力、空冷风机转速、凝结水温度、抽真空温度、凝结水温度、环境温度、大气压力等。空冷系统的主要控制对象为空冷风机。正常运行时通过控制空冷风机转速来调整散热器的换热效果，实现控制汽轮机的排汽压力。现有控制方式是通过排汽压力设定值与排汽压力实际值的偏差形成的PID控制器输出自动调节风机转速。排汽压力受设定值的影响很大，由于未考虑对散热器中蒸汽凝结程度进行监测和控制，运行人员很难将设排汽压力设定值设定在合理的低背压值，机组运行的经济性达不到更优。另外，空冷系统抽真空过冷防冻保护现有控制方法是当抽真空管道温度低时，提高设定背压或整体降低该列的风机转速。影响机组运行的经济性。

发明内容

本发明的发明目的是为了解决现有技术中存在的技术方案，本发明提出了一种基于抽真空管道温湿度的直接空冷系统的控制系统及方法，通过对抽汽管道内部气体温度和湿度同时进行测量，并将抽汽管道内蒸汽温度和湿度作为蒸汽凝结程度的基准参数，优化空冷风机PID控制的背压设定值和空冷系统抽真空过冷防冻保护。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

第一方面，本发明公开了一种基于抽真空管道温湿度的直接空冷系统的控制系统，包括控制器和与控制器连接的监测装置，所述的监测装置包括温度监测装置和湿度监测装置；

所述的温度监测装置和湿度监测装置，安装在直接空冷系统每列散热器的抽气口处的抽真空管道内；

所述的控制器与温度监测装置和湿度监测装置连接，控制器根据温度监测装置检测的温度值和湿度监测装置监测的湿度值，改变直接空冷DCS系统风机转速的自动控制逻辑和直接空冷DCS系统抽真空过冷防冻保护控制逻辑。

进一步的，对当多列抽真空管道的湿度高于设定值时，以负增量的形式自动周期性优化修正排汽压力设定值，通过降低排汽压力设定值提高风机自动转速；

进一步的，当个别列抽真空管道的湿度高于设定值时，以正增量的形式自动周期性优化修正该列风机转速，提高该列蒸汽凝结程度；

进一步的，当某列抽真空温度和湿度均低于设定值时，则整体降低该列风机的转速。

进一步的，当某列抽真空管道的仅温度低于设定值时，仅降低该列逆流单元的风机转速。

第二方面，本发明还提供了一种基于抽真空管道温湿度的直接空冷系统控制方法，如下：

控制器获取直接空冷系统每列散热器的抽气口处的抽真空管道处的温度值和湿度值；控制器根据温度值和湿度值，改变直接空冷DCS系统风机转速的自动控制逻辑和直接空冷DCS系统抽真空过冷防冻保护控制逻辑。改变直接空冷DCS系统风机转速的自动控制逻辑和直接空冷DCS系统抽真空过冷防冻保护控制逻辑。

当多列抽真空管道的湿度高于设定值时，以负增量的形式自动周期性优化修正排汽压力设定值，通过降低排汽压力设定值提高风机自动转速；

当个别列抽真空管道的湿度高于设定值时，以正增量的形式自动周期性优化修正该列风机转速，提高该列蒸汽凝结程度；

当某列抽真空温度和湿度均低于设定值时，则整体降低该列风机的转速；

当某列抽真空管道的仅温度低于设定值时，仅降低该列逆流单元的风机转速。

第三方面，本发明还提出了一种控制器，该控制器配置为实现前面所述的控制方法的步骤。

第四方面，本发明还提出了一种存储介质，该存储介质配置为实现前面所述的控制方法的步骤。

本发明的有益效果如下；

本发明通过对直接空冷系统抽真空管道内温度、湿度的实时监测，有效反映散热器蒸汽凝结程度及蒸汽与不凝气体比例，改进风机转速控制和抽真空过冷防冻保护自动控制逻辑，提高直接空冷火力发电机组运行的经济性。

本发明根据抽真空湿度辨别抽真空过冷的冻结风险程度，采取即保证安全性又对经济性影响较小的调节风机转速措施，避免抽真空过冷防冻保护一刀切整体降低风机转速，影响机组运行经济性。

本发明对管道内部气体温度和湿度同时进行测量，并将抽汽管道内蒸汽温度和湿度作为蒸汽凝结程度的基准参数，优化空冷系统抽真空过冷防冻保护。

本发明有利于提高空冷机组运行的经济性。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

名词解释：本实施例中的所述的控制器可以包括：控制器，例如中央控制器、通信总线、用户接口、网络接口、存储器等，也可以仅仅包括中央控制器、存储器、通信总线和用户接口。当温度检测装置、湿度检测装置采用具有无线通讯功能的装置进行检测时，可以在控制器中增加无线通讯模块，温度检测装置、湿度检测装置通过无线通讯模块将检测的数据传到控制器；当温度检测装置、湿度检测装置采用市值、试剂包等没有通讯功能的装置进行检测时，在控制器可以包括通讯模块，直接通过用户接口将数据输入控制器即可；当如若控制器需要与上位机等进行通讯时，也需要增加通讯模块；该控制器可以是手持式的微型控制器，只要可以简单的对采集数据进行处理、存储以及显示可以。

其中，通信总线用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口可以包括显示屏、输入模块比如键盘，可选用户接口还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口可选的可以包括标准的有线接口、无线接口。存储器可以是高速的随机存取存储器存储器，也可以是稳定的非易失性存储器，例如磁盘存储器。存储器可选的还可以是独立于前述控制器的存储装置。

需要说明的是本领域技术人员可以理解，上述结构并不构成对控制器的限定。

正如背景技术所介绍的，直接空冷系统是通过排汽管道将火力发电机组汽轮机的排汽排至室外布置的空冷凝汽器内，轴流冷却风机使空气流过凝汽器的外表面，将凝汽器内蒸汽冷却成水，凝结水再经凝结水泵送回汽轮机的冷却系统。汽轮机排汽在散热器内部流动，与散热器外部的冷却空气进行表面式换热。

抽真空系统是直接空冷系统的重要组成部分，它的作用是建立和维持汽轮机组的低背压(排气压力)和凝汽器的真空，保证火力发电机组启动和运行时汽轮机排汽顺利排入空冷凝汽器内。在机组启动时抽真空系统将直接空冷系统内管路和凝汽器中积集的空气抽掉，建立真空；在机组正常运行时及时抽掉直接空冷系统内空气和其他不凝结气体，维持空冷凝汽器真空，减少管道和空冷凝汽器内部腐蚀，降低空冷凝汽器内不凝气体体积，降低机组运行背压，机组运行背压越低经济性越高。

空冷系统的主要监测参数包括汽轮机排汽压力、空冷风机转速、凝结水温度、抽真空温度、凝结水温度、环境温度、大气压力等。空冷系统的主要控制对象为空冷风机。正常运行时通过控制空冷风机转速来调整散热器的换热效果，实现控制汽轮机的排汽压力。现有控制方式是通过排汽压力设定值与排汽压力实际值的偏差形成的PID控制器输出自动调节风机转速。排汽压力受设定值的影响很大，由于未考虑对散热器中蒸汽凝结程度进行监测和控制，运行人员很难将设排汽压力设定值设定在合理的低背压值，机组运行的经济性达不到更优。另外，空冷系统抽真空过冷防冻保护现有控制方法是当抽真空管道温度低时，提高设定背压或整体降低该列的风机转速。影响机组运行的经济性，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种基于抽真空管道温湿度的直接空冷系统的控制系统及方法。

实施例1

本申请的一种典型的实施方式中，本实施公开了一种基于抽真空管道蒸汽温湿度监测的空冷系统控制方法，该方法的目的如下：

(1)实时监测抽真空管道内部气体的湿度，对抽汽管道中水蒸汽、不凝气体所占比例进行量化，控制散热器内蒸汽凝结比例。

合理的抽真空系统运行状态为尽可能提高水蒸汽凝结比例，避免工质浪费，抽真空管道抽走的工质中水蒸汽比例尽量低。另外，凝汽器出口水蒸气比例如果偏高会不利于不凝结气体从散热器中排出，散热器中不凝结气体含量较高会导致凝结水中含氧量增加，凝汽器和管道腐蚀速度加快，降低凝汽器和管道等设备使用寿命并且不利于安全运行，凝结水除氧成本也相对增加不利于机组运行的经济性。

目前技术没有对各列散热器蒸汽凝结比例进行直接监测和控制的方法。

本发明可解决上述需求。本发明实时监测抽真空管道内蒸汽湿度，结合蒸汽温度和环境温度判断蒸汽湿度相对值。当蒸汽湿度相对值整体偏高时，表示凝汽器散热器出口水蒸气比例偏高，通过自动控制逻辑优化修正设定背压,可以提高风机的转速，提高凝汽器冷却效果，调整蒸汽凝结比例，降低机组背压，不但提高机组运行的经济性，还能保证空冷系统使用寿命；当个别列蒸汽湿度相对值偏高时，通过自动控制逻辑优化修正该列风机自动转速指令，提高该列风机转速，调整该列蒸汽凝结比例，优化空冷运行状态，提高机组运行的经济性。

(2)对空冷系统的抽真空过冷防冻控制进行完善和提高。

空冷系统散热器逆流区，蒸汽和不凝气体混合物在相同温度下的冻结风险随蒸汽比例而变化，蒸汽比例越大，冻结风险越大。现有空冷抽真空过冷防冻保护未考虑该问题，所以影响机组运行的经济性。

本申请可解决上述需求，若实时监测抽真空管道的湿度较高时，水蒸气比例高，抽真空管道内温度低容易产生霜冻甚至冻结，影响机组正常运行。此情况下，自动控制逻辑降低该列风机的转速，降低凝汽器冷却效果，有利于空冷系统防冻，保证安全性；若实时监测抽真空管道的湿度较低时，水蒸气比例并不高，即使抽真空管道内温度低，霜冻或冻结风险相对低一些，如果整体降低风机转速影响机组运行经济性。此情况下，自动控制逻辑仅降低该列逆流单元的风机转速，不但可以保证机组的安全性，同时机组运行的经济行不受影响。

具体的技术方案如下：

1.直接空冷系统每列设计或加装温湿度测点

在直接空冷系统每一列散热器的抽气口处抽真空管道设计或加装温湿度测点，在DCS系统全面监测抽真空管道的热力参数，反应抽真空系统的运行状态。

2.改进直接空冷DCS系统风机转速自动控制逻辑

a、仍采用排汽压力设定值与排汽压力实际值的偏差形成的PID控制器输出自动调节风机转速的控制方式。增加排汽压力设定值优化逻辑，逻辑方案：当多列(根据总列数而定)抽真空湿度偏高(高于事先设定的湿度值)时，以负增量的形式自动周期性优化修正排汽压力设定值。通过降低排汽压力设定值提高风机自动转速，起到降低机组实际运行背压的作用，实现机组运行经济性的提高。

b、增加风机转速优化控制逻辑，逻辑方案：当个别列抽真空湿度偏高(高于事先设定的湿度值)时，以正增量的形式自动周期性优化修正该列风机转速，提高该列蒸汽凝结程度，提高空冷系统的冷却效果，实现机组运行经济性的提高。

3.改进直接空冷DCS系统抽真空过冷防冻保护控制逻辑。

改进的逻辑方案：当某列抽真空管道温度低(低于事先设定温度值)并且湿度低(低于事先设定湿度值)时，整体降低该列风机转速；当某列抽真空温度低(低于事先设定温度值)但是湿度不低(湿度在事先设定湿度值之上)时，仅降低该列逆流单元的风机转速。

根据抽真空湿度辨别抽真空过冷的冻结风险程度，采取即保证安全性又对经济性影响较小的调节风机转速措施，避免抽真空过冷防冻保护一刀切整体降低风机转速，影响机组运行经济性。

本实施例的逻辑中所涉及到的温湿度定值为：温度定值25-28℃，湿度定值35-60，但是具体定值需根据不同的汽轮机组和环境参数确定，提及的偏高、高于、偏低、低于等均以该定值为基准。

实施例2

本实施例公开了一种基于抽真空管道温湿度的直接空冷系统的控制系统，包括控制器和与控制器连接的监测装置，所述的监测装置包括温度监测装置和湿度监测装置；所述的温度监测装置和湿度监测装置，安装在直接空冷系统每列散热器的抽气口处的抽真空管道内；所述的控制器与温度监测装置和湿度监测装置连接，控制器根据温度监测装置检测的温度值和湿度监测装置监测的湿度值，改变直接空冷DCS系统风机转速的自动控制逻辑和直接空冷DCS系统抽真空过冷防冻保护控制逻辑。

改进直接空冷DCS系统风机转速自动控制逻辑方法是：

控制器仍采用排汽压力设定值与排汽压力实际值的偏差形成的PID控制器输出自动调节风机转速的控制方式。增加排汽压力设定值优化逻辑，逻辑方案：当多列(根据总列数而定)抽真空湿度偏高(高于事先设定的湿度值)时，以负增量的形式自动周期性优化修正排汽压力设定值。通过降低排汽压力设定值提高风机自动转速，起到降低机组实际运行背压的作用，实现机组运行经济性的提高。

增加风机转速优化控制逻辑，逻辑方案：当个别列抽真空湿度偏高(高于事先设定的湿度值)时，以正增量的形式自动周期性优化修正该列风机转速，提高该列蒸汽凝结程度，提高空冷系统的冷却效果，实现机组运行经济性的提高。

改进直接空冷DCS系统抽真空过冷防冻保护控制逻辑，如下：

改进的逻辑方案：当某列抽真空管道温度低(低于事先设定温度值)并且湿度低(低于事先设定湿度值)时，整体降低该列风机转速；当某列抽真空温度低(低于事先设定温度值)但是湿度不低(湿度在事先设定湿度值之上)时，仅降低该列逆流单元的风机转速。

根据抽真空湿度辨别抽真空过冷的冻结风险程度，采取即保证安全性又对经济性影响较小的调节风机转速措施，避免抽真空过冷防冻保护一刀切整体降低风机转速，影响机组运行经济性。

实施例3

本实施例公开了一种控制器，该控制器配置为实现实施例1中的所述的控制方法的步骤。

实施例4

本发明还提出了一种存储介质，该存储介质配置为实现实施例1所述的控制方法的步骤。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于抽真空管道温湿度的直接空冷系统的控制系统，其特征在于，包括控制器和与控制器连接的监测装置，

所述的监测装置包括温度监测装置和湿度监测装置；所述的温度监测装置和湿度监测装置，安装在直接空冷系统每列散热器的抽气口处的抽真空管道内；

所述的控制器，被配置为根据温度监测装置检测的温度值和湿度监测装置监测的湿度值，改变直接空冷DCS系统风机转速的自动控制逻辑和直接空冷DCS系统抽真空过冷防冻保护控制逻辑。

2.如权利要求1所述的基于抽真空管道温湿度的直接空冷系统的控制系统，其特征在于，对当多列抽真空管道的湿度高于设定值时，以负增量的形式自动周期性优化修正排汽压力设定值，通过降低排汽压力设定值提高风机自动转速。

3.如权利要求1所述的基于抽真空管道温湿度的直接空冷系统的控制系统，其特征在于，当个别列抽真空管道的湿度高于设定值时，以正增量的形式自动周期性优化修正该列风机转速，提高该列蒸汽凝结程度。

4.如权利要求1所述的基于抽真空管道温湿度的直接空冷系统的控制系统，其特征在于，当某列抽真空温度和湿度均低于设定值时，则整体降低该列风机的转速。

5.如权利要求1所述的基于抽真空管道温湿度的直接空冷系统的控制系统，其特征在于，当某列抽真空管道的仅温度低于设定值时，仅降低该列逆流单元的风机转速。

6.基于抽真空管道温湿度的直接空冷系统的控制方法，其特征在于，如下：

控制器获取直接空冷系统每列散热器的抽气口处的抽真空管道处的温度值和湿度值；控制器根据温度值和湿度值，改变直接空冷DCS系统风机转速的自动控制逻辑和直接空冷DCS系统抽真空过冷防冻保护控制逻辑。改变直接空冷DCS系统风机转速的自动控制逻辑和直接空冷DCS系统抽真空过冷防冻保护控制逻辑。

7.如权利要求6所述的基于抽真空管道温湿度的直接空冷系统的控制方法，其特征在于，

当多列抽真空管道的湿度高于设定值时，控制器以负增量的形式自动周期性优化修正排汽压力设定值，通过降低排汽压力设定值提高风机自动转速；

当个别列抽真空管道的湿度高于设定值时，控制器以正增量的形式自动周期性优化修正该列风机转速，提高该列蒸汽凝结程度。

8.如权利要求6所述的基于抽真空管道温湿度的直接空冷系统的控制方法，其特征在于，

当某列抽真空温度和湿度均低于设定值时，则控制器整体降低该列风机的转速；

当某列抽真空管道的仅温度低于设定值时，控制器仅降低该列逆流单元的风机转速。

9.一种控制器，其特征在于，该控制器配置为实现权利要求6所述的控制方法的步骤。

10.一种存储介质，其特征在于，该存储介质配置为实现权利要求6所述的所述的控制方法的步骤。